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Die
Erfindung betrifft ein Flurförderzeug,
insbesondere Schubmaststapler, mit einem Hubgerüst und einem Stellglied zum
Bewegen des Hubgerüsts relativ
zu einem Fahrzeugrahmen des Flurförderzeugs, wobei ein von einer
Bedienperson betätigbares
Bedienelement zur Steuerung der Bewegung des Hubgerüsts mit
einer elektronischen Steuervorrichtung verbunden ist und das Stellglied
von der elektronischen Steuervorrichtung ansteuerbar ist.
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Bei
Flurförderzeugen
der genannten Art kann es sich um Schubmaststapler, aber auch um Gegengewichtsgabelstapler
handeln. Bei Schubmaststaplern kann das Hubgerüst relativ zum Fahrzeugrahmen
horizontal in Haupffahrrichtung des Flurförderzeugs verschoben werden.
Diese Schubbewegung wird mittels eines Stellglieds durchgeführt, welches
die zum Verschieben des Hubgerüsts
erforderliche Kraft erzeugt. Das Stellglied kann beispielsweise
von einem Hydraulikzylinder oder von einem elektromechanischen Aktuator
gebildet sein. Angesteuert wird das Stellglied von der elektronischen Steuervorrichtung
auf der Grundlage eines von der Bedienperson mittels des Bedienelements
vorgegebenen Signals.
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Weiter
kann das Hubgerüst
gegenüber
dem Fahrzeugrahmen neigbar sein. Bei Schubmaststaplern ist die Neigbarkeit
des Hubgerüsts
oft zusätzlich zur
horizontalen Verschiebbarkeit vorgesehen. Die Neigeachse des Hubgerüsts ist
dabei rechtwinklig zur Haupffahrrichtung des Hubgerüsts ausgerichtet. Bei
Gegengewichtsgabelstaplern stellt die Neigbarkeit in der Regel die
einzige Bewegungsmöglichkeit des
Hubgerüsts
relativ zum Fahrzeugrahmen dar. Das Stellglied zum Neigen des Hubgerüsts kann ebenfalls
von einem Hydraulikzylinder oder von einem elektromechanischen Aktuator
gebildet sein. Es wird ebenfalls von der elektronischen Steuervorrichtung
angesteuert. Ein Bedienelement für
das Neigen, das von der Bedienperson betätigbar ist, ist wiederum mit
der Steuervorrichtung verbunden.
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Bei
allen gattungsgemäßen Flurförderzeugen
besteht potentiell das Problem, dass das Hubgerüst in bestimmten Betriebssituationen
zum Schwingen neigt. Hierbei sind insbesondere Schwingungsbewegungen
störend,
bei denen die Richtung der Auslenkung des Hubgerüsts der Hauptfahrrichtung des
Flurförderzeugs
entspricht. Angeregt wird das Hubgerüst zu einer solchen Schwingungsbewegung beispielsweise
durch die Schubbewegung des Hubgerüsts, durch die Neigebewegung
des Hubgerüsts, durch
ein Bremsen oder Beschleunigen des Flurförderzeugs insgesamt oder durch
Fahren auf unebener Fahrbahn. Die beschriebenen Schwingungen des Hubgerüsts beinträchtigen
die Präzision
von Ein- und Auslagenvorgängen
und beeinträchtigen
darüber
hinaus auch die Standsicherheit des Flurförderzeugs. Insbesondere dann,
wenn das teleskopische Hubgerüst
nach oben ausgefahren ist, erreicht die Schwingung häufig Amplituden,
die so groß sind,
dass die Bedienperson die Schwingung erst abklingen lässt, bevor
beispielsweise mit der am Hubgerüst
befestigten Lastgabel in ein Regal eingefahren wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flurförderzeug
zur Verfügung
zu stellen, bei dem Schwingungen des Hubgerüsts weitgehend verhindert werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Steuervorrichtung derart ausgeführt ist, dass nach einer Betätigung des
Bedienelements der Verlauf der Bewegungsgeschwindigkeit des Stellglieds
derart gesteuert wird, dass ein Schwingen des Hubgerüsts weitgehend
vermieden wird. Dies kann z. B. bedeuten, dass für die Bewegungsgeschwindigkeit
in der Steuervorrichtung ein bestimmter Verlauf hinterlegt ist.
Beispielsweise kann es im Hinblick auf das Vermeiden von Schwingungen zweckmäßig sein,
wenn die Geschwindigkeit nicht kontinuierlich sondern schrittweise
von Null auf den Maximalwert gesteigert wird. Die Zeitpunkte, zu
denen die Bewegungsgeschwindigkeit erhöht wird, können dabei an die Eigenfrequenz
der Schwingung des Hubgerüsts
und an den Phasenverlauf der Eigenschwingung angepasst sein.
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Mit
besonderem Vorteil ist die Erfindung einsetzbar, wenn das Hubgerüsts mittels
des Stellglieds in im Wesentlichen horizontaler Richtung bewegbar ist.
Dies ist insbesondere bei einem Schubmaststapler der Fall. Beispielsweise
bei einem Beschleunigen oder Abbremsen der Bewegung des Hubgerüsts relativ
zu dem Fahrzeugrahmen können
Schwingungen des Hubgerüsts
ausgelöst
werden. Diese Schwingungen können
gezielt verhindert werden, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit während des Beschleunigens
bzw. während
des Abbremsens einen bestimmten Verlauf folgt.
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Besonders
einfach ist der Verlauf der Bewegungsgeschwindigkeit des Stellglieds
steuerbar, wenn das Stellglied als elektromechanisches Stellglied
ausgeführt
ist. Ein elektromechanisches Stellglied kann beispielsweise einen
Schrittmotor aufweisen, der über
ein Getriebe, beispielsweise ein Cyclogetriebe ein Zahnrad antreibt,
welches mit einer am Hubgerüst
befestigten Zahnstange im Eingriff steht.
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Mit
besonderem Vorteil ist in der Steuervorrichtung für mehrere
Betriebssituation des Flurförderzeugs
derjenige Verlauf der Bewegungsgeschwindigkeit des Stellglieds gespeichert,
der geeignet ist, ein Schwingen des Hubgerüsts weitgehend zu vermeiden.
Der gespeicherte Verlauf der Bewegungsgeschwindigkeit enthält insbesondere
die Information, zu welchem Zeitpunkt, in welcher Richtung und in welchem
Umfang die Bewegung des Stellglieds beschleunigt bzw. abgebremst
wird.
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Zweckmäßig ist
es hierbei, wenn jede Betriebssituation des Flurförderzeugs
durch mehrere Betriebsparameter definiert ist. In der Steuervorrichtung
sind damit die Betriebsparameter definiert, die das Schwingungsverhalten
des Hubgerüsts
in genau dieser Betriebssituation charakterisierten. Die verschiedenen
Betriebsparameter definieren dabei ein Kennfeld. Die Steuervorrichtung
kann aus dem Kennfeld mit mehreren Eingangsgrößen (Betriebsparameter) genau
eine Ausgangsgröße (gespeicherter Verlauf
der Bewegungsgeschwindigkeit) auswählen.
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Als
Betriebsparameter sind dabei insbesondere die nachfolgend aufgeführten Größen berücksichtigt:
- – Die
Fahrgeschwindigkeit und die Beschleunigungsrichtung des Flurförderzeugs.
Dies umfasst die Information, ob das Flurförderzeug gerade steht, nach
vorne fährt
oder nach rückwärts fährt, sowie
die Information, ob das Flurförderzeug
gerade abgebremst oder beschleunigt wird.
- – Die
elastische Verformung des Hubgerüsts
vor Beginn der Bewegung des Stellglieds. Hier wird berücksichtigt,
ob das Hubgerüst
vor dem Beginn der Bewegung des Stellglieds keine elastische Verformung
aufweist, nach vorne gebogen ist oder nach hinten gebogen ist.
- – Die
geplante Bewegungsrichtung des Stellglieds. Hier wird unterschieden,
ob von der Bedienperson vorgegeben wird, dass das Hubgerüst mittels
des Stellglieds nach vorne, nach hinten oder überhaupt nicht bewegt werden
soll.
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Zusätzlich zu
der oben erläuterten
Kompensation von Schwingungen, die durch Bewegungen des Stellglieds
hervorgerufen sind, können
mit der erfindungsgemäßen Anordnung
auch Schwingungen des Hubgerüsts
kompensiert werden, die eine andere Ursache haben. Dies ist beispielsweise
der Fall, wenn auf einer unebenen, insbesondere auf einer welligen
Fahrbahn gefahren wird. Hierbei ist mindestens ein Sensor zum Erkennen
eines elastischen Schwingens des Hubgerüsts vorgesehen, der mit der elektronischen
Steuervorrichtung in Wirkverbindung steht, wobei die elektronische
Steuervorrichtung derart ausgeführt
ist, dass das Stellglied zum Verschieben des Hubgerüsts in Abhängigkeit
von dem Signal des Sensors ansteuerbar ist, derart, dass durch eine Bewegung
des Stellglieds einem Schwingen des Hubgerüsts entgegen gewirkt wird.
Dies bedeutet, dass immer dann, wenn mittels des Sensors ein Schwingen
des Hubgerüsts
erkannt wird, diese Schwingungsbewegung durch gezielte Ansteuerung des
Stellglieds kompensiert wird. In der Steuervorrichtung kann hierzu
beispielsweise ein Regelalgorithmus implementiert sein, mit dem
der Zeitpunkt, die Richtung und der Umfang der Ausgleichsbewegung
ermittelt wird.
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Der
Sensor zum Erkennen eines elastischen Schwingens des Hubgerüsts kann
mindestens einen Beschleunigungssensor aufweisen. Der Beschleunigungssensor
ist am oberen Ende des Standmasts oder des Ausfahrmasts befestigt
und erfasst die an dieser Stelle in horizontaler Richtung auftretenden Beschleunigungen.
Hierdurch erzeugt der Beschleunigungssensor ein Signal, das eine
Schwingung des Hubgerüsts
wiedergibt. Wenn sowohl auf der linken als auch auf der rechten
Seite des Hubgerüsts
ein Sensor angeordnet ist, können
neben den Biegeschwingungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung auch Torsionsschwingungen
des Hubgerüsts
um eine vertikale Mittelachse erfasst werden.
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Im
Hinblick auf eine Minimierung des Energieverbrauchs des Flurförderzeugs
ist es hierbei vorteilhaft, wenn die Steuervorrichtung derart ausgeführt ist,
dass das Stellglied nur dann in Abhängigkeit von dem Signal des
Sensors angesteuert wird, wenn die Intensität der Schwingung einen Grenzwert überschreitet.
Hierbei wird vermieden, dass das Stellglied bei nur geringer Schwingungsintensität des Hubgerüst fortlaufend Ausgleichsbewegungen
ausführt
und dabei Energie verbrauch. Geringe Schwingungen des Hubgerüsts werden
also zugelassen, während stärkere Schwingungen,
die hinsichtlich der Intensität den
Grenzwert überschreiten,
kompensiert werden.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den
schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei
zeigt
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1 einen
erfindungsgemäßen Schubmaststapler,
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2 das
Schwingungsverhalten des Hubgerüsts
eines Schubmaststaplers des Standes der Technik,
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3 das
Schwingungsverhalten des Hubgerüsts
eines erfindungsgemäßen Schubmaststaplers.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes, als Schubmaststapler
ausgeführtes
Flurförderzeug
dargestellt. Zu erkennen ist ein Fahrzeugrahmen 10 mit einem
Fahrerstand 11. Der Fahrerstand 11 umfasst einen
Fahrersitz 12, eine Bedienkonsole 12 sowie ein Fahrerschutzdach 13.
Auf dem Fahrzeugrahmen 10 ist weiter ein Batterieblock 14 angeordnet,
der die zum Betrieb des Schubmaststaplers erforderliche Energie
liefert.
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Ein
Hubgerüst 15 kann
relativ zum Fahrzeugrahmen 10 in Hauptfahrrichtung 16 des
Schubmaststaplers verschoben werden. Hierzu ist eine Schubantriebseinheit 18 vorgesehen,
die von einer elektronischen Steuervorrichtung 19 angesteuert
wird. Die Schubantriebseinheit 18 ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
als elektromechanische Einheit ausgeführt und umfasst einen elektrischen
Hybrid-Schrittmotor
(hybrid stepper motor) ein Getriebe und ein Zahnrad, das mit einer
Zahnstange im Eingriff steht. Gemäß einer alternativen Ausführungsform
ist es ebenfalls möglich,
die Schubantriebseinheit 18 als Hydraulikzylinder auszuführen, der über ein
elektrisch angesteuertes Ventil von einer elektrisch angetriebenen
Hydraulikpumpe mit Hydrauliköl versorgt
wird. Das Hubgerüst
umfasst einen Standmast und mindestens einen relativ zum Standmast anhebbaren
Ausfahrmast. An dem Ausfahrmast ist ein als Lastgabel ausgeführtes Lastaufnahmemittel 17 in
vertikaler Richtung verschiebbar geführt.
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Während des
Betriebs des Schubmaststaplers kommt es immer wieder zu elastischen
Verformungen des Hubgerüsts 15,
wodurch elastische Biegeschwingungen des Hubgerüsts 15 ausgelöst werden.
Das obere Ende des Hubgerüsts 15 bewegt
sich dabei nach vorne und hinten. Ausgelöst werden diese elastischen
Biegeschwingungen des Hubgerüsts 15 beispielsweise
durch ein Beschleunigen oder Abbremsen der Bewegung des Hubgerüsts 15 relativ zum
Fahrzeugrahmen 10, durch ein Beschleunigen oder Abbremsen
der Fahrbewegung des Schubmaststaplers, durch das Aufnehmen oder
Absetzen von Lasten mit dem Lastaufnahmemittel 17, insbesondere
mit dem angehobenen Lastaufnahmemittel 17, oder durch ein
Fahren auf unebener Fahrbahn. Besonders stark sind die Schwingungen,
wenn das Hubgerüst 15 nach
oben ausgefahren und das Lastaufnahmemittel 17 angehoben
ist.
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Erfindungsgemäß erfolgt
eine Ansteuerung der Schubantriebseinheit 18 durch die
Steuervorrichtung so 19, dass das Hubgerüst 15 so
wenig wie möglich
zum Schwingen kommt. Hierzu sind in der Steuervorrichtung 19 für zahlreiche
Betriebszustände,
die typischerweise auftretenden, die jeweils passenden Geschwindigkeitsverläufe der
Schubbewegung des Hubgerüsts 15 hinterlegt.
Die hinterlegten Geschwindigkeitsverläufe sind insbesondere dadurch
charakterisiert, zu welchem Zeitpunkt die Schubbewegung beschleunigt
oder abgebremst wird. Der Zeitpunkt richtet sich dabei nach dem
zu erwartenden Phasenverlauf der Schwingung des Hubgerüsts 15.
In einer einfachsten Ausführungsform
erfolgt die Steuerung der Geschwindigkeit der Schubbewegung des
Hubgerüsts 15 ohne
Messung des tatsächlichen
Schwingungsverlaufs. Stattdessen sind in der Steuervorrichtung für jeden
Betriebszustand die passenden Geschwindigkeitsverläufe hinterlegt.
Diese können
in der Steuervorrichtung bereits bei der Herstellung des Schubmaststaplers
hinterlegt werden, oder bei der Inbetriebnahme des Schubmaststaplers
mittels eines Teach-In-Verfahrens
individuell für
das jeweilige Gerät
bestimmt werden.
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Jeder
Betriebszustand ist durch eine Reihe von Betriebsparametern definiert,
welche das Schwingungsverhalten des Hubgerüsts 15 beeinflussen.
Als Betriebsparameter kommen beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit
und der Fahrtrichtung des Schubmaststaplers, die geplante Bewegungsrichtung
des Hubgerüsts 15,
der aktuelle Verformungszustand des Hubgerüsts 15, aber auch
die aktuelle Hubhöhe
und das aktuelle Lastgewicht in Betracht. Anhand dieser Betriebsparameter
wird dann, wenn die Bedienperson mittels eines Bedienelements eine Schubbewegung
vorgibt, automatisch der passende Geschwindigkeitsverlauf ausgewählt. Liegt
eine Betriebssituation vor, für
die kein Geschwindigkeitsverlauf gespeichert ist, erfolgt die Steuerung
der Bewegungsgeschwindigkeit des Hubgerüsts 15 exakt nach der
Vorgabe der Bedienperson.
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Zur
Erläuterung
der Wirkungsweise der Erfindung ist in 1 das Schwingungsverhalten
des Hubgerüsts
eines Schubmaststaplers des Standes der Technik dargestellt. Dargestellt
ist die das Schwingungsverhalten des Hubgerüsts 15 bei einer Schubbewegung,
ausgehend von der in 1 dargestellten Position nach
vorne.
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Die
Kurve 1 zeigt die Position des Schubschlittens 15a am
unteren Ende des Hubgerüsts 15. Die
Kurve 2 zeigt die Geschwindigkeit des Schubschlittens 15a und
die Kurve 3 dessen Beschleunigung. Zu erkennen ist, dass
der Schubschlitten 15a bei einem Schubmaststapler des Standes
der Technik in ca. 0,4 Sekunden auf die Maximalgeschwindigkeit beschleunigt
wird. Abgebremst wird der Schubschlitten 15a in zwei Schritten,
zwischen Sekunde 2,2 und 2,8 und zwischen Sekunde 4,1 und 4,25.
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Die
sich hieraus ergebende Schwingung des Hubgerüsts 15 wird aus den
Kurve 4 und 5 deutlich. Kurve 4 zeigt
die absolute Position des oberen Mastendes, während Kurve 5 die
horizontale Beschleunigung des oberen Mastendes wiedergibt. Hier
ist insbesondere zu erkennen, dass das obere Mastende (Kurve 4)
relativ zum Schubschlitten 15a (Kurve 1) eine
sinusförmige
Schwingung aufweist.
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Im
Gegensatz hierzu zeigt 3 das Schwingungsverhalten desselben
Systems bei derselben durchzuführenden
Schubbewegung des Hubgerüsts 15,
wenn die Bewegung in erfindungsgemäßer Weise durch die elektronische
Steuervorrichtung angesteuert wird. Die Schwingungskompensation wird
in der dargestellten Betriebssituation im Wesentlichen dadurch erreicht,
dass die Schubbewegung in zwei Stufen, zwischen Sekunde 0,0 und
0,1 und zwischen Sekunde 1,1 und 1,2 beschleunigt wird. Das Abbremsen
der Bewegung erfolgt ebenfalls in zwei Schritten. Wesentlich für die Schwingungsdämpfung ist
insbesondere, dass sich der zeitliche Abstand der beiden Beschleunigungsschritte
bzw. der beiden Abbremsschritte an die Eigenfrequenz des Hubgerüsts 15 orientiert.
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Wie
aus der Grafik zu erkennen ist weist die Position des oberen Mastendes
(Kurve 4a) von der Position des Schubschlittens (Kurve 1a)
nur während der
Beschleunigungs- und der Abbremsphase eine geringe Abweichung auf.
Im Übrigen
sind die Kurven 1a und 4a deckungsgleich, das
heißt,
das obere Mastende schwingt nicht.
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Für zahlreiche
andere Betriebszustände
sind ebenfalls optimierte Verläufe
für die
Schubbewegung des Hubgerüsts 15 hinterlegt,
die sich von dem in 3 dargestellten Verlauf insbesondere
hinsichtlich des Zeitpunks, der Dauer und der Richtung der Beschleunigungsphasen
unterscheiden. Die Steuervorrichtung wählt automatisch den für die aktuelle
Betriebssituation passenden Verlauf aus.
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Ein
Schwingen des Hubgerüsts 15 kann
jedoch nicht nur direkt durch ein Verschieben des Hubgerüsts 15 mittels
des Stellglieds, 18 sondern auch indirekt ausgelöst werden,
beispielsweise durch Beschleunigen einer Fahrbewegung des Schubmaststaplers,
durch Abbremsen einer Fahrbewegung des Schubmaststaplers oder durch
Fahren auf einer unebenen Fahrbahn. Diese Schwingungen können über einen
geeigneten Sensor 20 erfasst werden, der oben am Hubgerüst 15 angeordnet
ist. Der Sensor 20 (siehe 1) ist mit
der Steuervorrichtung 19 verbunden und kann beispielsweise
als Beschleunigungssensor ausgeführt
sein. Wenn die Steuervorrichtung 19 ein Schwingen des Hubgerüsts 15 erkennt,
steuert sie das Stellglied 18 gezielt so an, dass der Schwingungsbewegung
entgegen gewirkt wird. Um Energie zu sparen, kann die Steuervorrichtung 19 derart
ausgeführt
sein, dass eine Ansteuerung des Stellglieds 18 nur dann
erfolgt, wenn die Intensität
der Schwingung ein bestimmtes Maß überschreitet.